[发明专利]气体传感器的光学气体多程腔

说明书

技术领域

本发明涉及一种多程腔，具体地说是一种气体传感器的光学气体多程腔。

技术背景

红外气体传感技术作为一种快速、可靠、可重复性的气体检测方案在国民生活的各个领域得以大量应用和快速发展。在带有多程腔的红外气体传感器中，多程腔是影响仪器工作性能的重要组件，它直接影响仪器的测量精度，它的模式稳定性决定了仪器的使用场合。

气体的红外吸收可以用beer定律来描述：

I(λ)=I₀(λ)exp(-kCL)

式中：

I——红外光被气体吸收后的光强；

I₀——红外光的初始光强；

k——与气体相关的常数；

C——被检测气体的浓度；

L——穿过气体的总光程长度；

由上式可以看出，要增加检测信号的强度最有效的办法就是增长光程长度，这也正是多程腔的作用。

目前，红外气体传感器中主要使用的有两种类型的多程腔，Herriott腔和White腔。典型的Herriott腔由两块球面反射镜组成，当镜面距离适当，在一定的入射角度下，镜面上形成具有周期性的环状光斑图样，称之为re-entrant条件。可以看到，re-entrant条件的实现和周期性光斑图样中光斑数（不同的re-entrant模式）依赖于镜面距离和入射角度的稳定性，而且相同腔体空间内，周期越长，反射次数越多，所能容许的角度抖动越小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体传感器的光学气体多程腔。该多程腔具有结构简单、体积小、便于携带、抗干扰性能强、光程长度和光斑位置稳定的特点，能够在环境复杂的工业现场较好地使用。

本发明的技术解决方案：

一种气体传感器的光学气体多程腔，特点在于该多程腔由外腔镜、内腔镜、前腔板和后腔板构成；

所述的外腔镜是一个球壳由两个与该球壳的球心等距的平行平面切割的圆环形壳体，该圆环形壳体的内表面为高反射的镜面，该外腔镜的中心为所述的球壳的球心；

所述的内腔镜是由四个曲率半径全同的外表面为凹面的第一柱面镜、第二柱面镜、第三柱面镜和第四柱面镜依次边边相连接构成的正四凹面柱体；

所述的前腔板和后腔板设有多个对应的通气孔；

所述的内腔镜置于所述的外腔镜中并固定在所述的前腔板和后腔板之间，所述的外腔镜和内腔镜的中轴线重合并垂直于所述的前腔板、后腔板，所述的内腔镜的正四凹面柱体的中心与所述的该外腔镜的中心重合；

所述的外腔镜上设有光束入射孔，该光束入射孔与所述的外腔镜的球心的连线与所述的第一柱面镜和第三柱面镜顶点（顶点位于与系统中心轴垂直且过所述外腔镜的球心的面内）连线之间的夹角为42°-48°之间，所述的内腔镜的柱面镜的曲率半径比所述的外腔镜的球面镜的曲率半径大。

所述的通气孔的气孔大小和数量由通气需求确定，所述的通气孔上加装过滤网，以过滤恶劣环境中的干扰物质。

所述的外腔镜上还设有光束出射孔。

本发明的技术效果：

本发明气体传感器的光学气体多程腔具有结构对称性高、结构简单、体积小、便于携带、抗干扰性能强的特点，实验表明本发明的腔具有很强的抗干扰能力，光程长度和光斑位置的稳定性得到很好保障，可以应用在复杂的工作环境中。

附图说明

图1是本发明气体传感器的光学气体多程腔的分解结构图；

图2是本发明气体传感器的光学气体多程腔过所述的外腔镜和内腔镜的中心且垂直于所述的外腔镜和内腔镜的中轴线的剖面示意图；

图3是本发明光学气体多程腔前腔板、后腔板的结构示意图；

图4是本发明光学气体多程腔内光线反射的示意图；

图5是本发明光学气体多程腔的一个实施例；

图6是本发明光学气体多程腔的另一个实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明气体传感器的光学气体多程腔的分解结构图，图2是本发明光学气体多程腔过所述的外腔镜和内腔镜的中心且垂直于所述的外腔镜和内腔镜的中轴线的剖面示意图，由图可见，本发明气体传感器的光学气体多程腔，该多程腔由外腔镜1、内腔镜2、前腔板4和后腔板3构成；